本发明涉及一种测量装置， 尤其是涉及一种用于测量硅片的膜厚度的测量 装置。 背景技术

随着超大规模集成电路器件密度的增加和特征 尺寸的减小， 现在芯片均釆用铜布线和 铜互连。 一般来说， 制造芯片至少需要四次铜膜沉积和化学机械抛 光工艺。 化学机械抛光 过程控制是影响产出的关键步骤， 但它需要极其精确而稳定的膜厚和形貌测量。

为了更好地优化化学机械抛光工艺参数， 增加化学机械抛光的成品率和更好的平坦化 效果， 硅片全局精确膜厚值是至关重要的。 化学机械抛光可以针对硅片上膜厚不同的各点 或各区域釆用不同的工艺参数， 以达到硅片全局的平坦化， 以及良好的硅片内抛光均匀度。 并且可以根据不同硅片的膜厚情况， 对该硅片釆用不同的抛光工艺参数， 可以保证硅片与 硅片之间的抛光均匀度。 所以， 精确地测量硅片上各点的膜厚度是很重要的。 发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问 题之一。 为此， 本发明的目的在于提出 一种可以实现测量硅片全局膜厚度的测量装置 。

为了实现上述目的，根据本发明的实施例提出 一种用于测量硅片的膜厚度的测量装置， 所述测量装置包括： 位置速度传感器， 所述位置速度传感器沿纵向线性排列成第一和 第二 位置速度传感器阵列， 所述第一和第二位置速度传感器阵列在横向上 彼此间隔开且所述第 一位置速度传感器阵列中的位置速度传感器在 所述横向上分别与所述第二位置速度传感器 阵列中的位置速度传感器——对应； 电涡流传感器， 所述电涡流传感器位于所述第一位置 速度传感器阵列与第二位置速度传感器阵列之 间的垂直于所述横向的对称平面内； 和控制 器， 所述控制器分别与所述位置速度传感器、 所述测距传感器和所述电涡流传感器相连用 于根据所述位置速度传感器、 所述测距传感器和所述电涡流传感器的检测信 号控制膜厚的 测量。

根据本发明实施例的测量装置， 通过所述电涡流传感器测量待测硅片的膜厚度 ， 通过 所述位置速度传感器实时检测待测硅片的速度 和位置， 精确地定位所述电涡流电感器所测 量的点的位置， 并将待测硅片的膜厚度检测信号、 位置检测信号和速度检测信号反馈给所 述控制器以形成闭环控制， 从而实现硅片全局膜厚度的精确测量。 另外， 根据本发明实施例的测量装置可以具有如下附 加的技术特征： 根据本发明的一个实施例， 所述测量装置还包括测距传感器， 所述测距传感器设置 在所述电涡流传感器周围且与所述控制器相连 ， 其中所述控制器利用所述测距传感器的检 测信号对所述涡流传感器的检测信号进行校正 ， 从而得到更精确的膜厚度。

根据本发明的一个实施例，所述电涡流传感器 在竖向上成对设置且所述电涡流传感器 对的相邻的磁极相反， 其中所述测距传感器与设置在所述电涡流传感 器对中的上电涡流传 感器周围。 所述电涡流传感器对的相邻的磁极相反， 可以增强磁性， 从而增强所述电涡流 传感器的检测信号的强度。

根据本发明的一个实施例，所述测距传感器的 底面与所述电涡流传感器的底面在同一 水平面内。

根据本发明的一个实施例， 所述电涡流传感器、所述测距传感器以及所述 第一位置速 度传感器阵列与第二位置速度传感器阵列彼此 平行且处于同一水平面内。

根据本发明的一个实施例， 所述位置速度传感器为接近开关， 所述接近开关包括在竖 向上彼此相对且间隔开设置的信号发生元件和 信号接收元件。

根据本发明的一个实施例， 所述接近开关为光电接近开关。

根据本发明的一个实施例， 所述测距传感器为超声测距传感器、激光测距 传感器或者 红外线测距传感器。

根据本发明的一个实施例， 所述测量装置还包括支架， 所述位置速度传感器、 所述 测距传感器和所述电涡流传感器分别安装在所 述支架上，这样可以使所述位置速度传感器、 所述测距传感器和所述电涡流传感器处于稳定 的状态， 从而避免在测量过程中上述传感器 因颤动或移动影响测量结果的准确性， 并且通过保证支架的加工精度， 可以方便地保证测 量装置的精度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部 分给出， 部分将从下面的描述中变得明 显， 或通过本发明的实践了解到。 附图说明

本发明的上述和 /或附加的方面和优点从结合下面附图对实施� �的描述中将变得明显 和容易理解， 其中：

图 1是根据本发明实施例的测量装置的俯视结构� �意图；

图 2是根据本发明实施例的测量装置的主视结构� �意图。 具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例， 所述实施例的示例在附图中示出， 其中自始至终相同 或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相 同或类似功能的元件。 下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的， 仅用于解释本发明， 而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中， 术语 "纵向"、 "横向"、 "上，，、 "下，，、 "前，，、 "后，，、 "左，，、 "右，，、 "竖直"、 "水平"、 "顶"、 "底" 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方 位或位置关 系， 仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必 须以特定的方位构造和操作， 因此不能 理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中， 除非另有规定和限定， 需要说明的是， 术语 "安装"、 "相连"、 "连 接，， 应做广义理解， 例如， 可以是机械连接或电连接， 也可以是两个元件内部的连通， 可 以是直接相连， 也可以通过中间媒介间接相连， 设备上相邻的两个装置之间通过加工媒介 之间的联系也称之为 "相连，， 或 "连接，，。 对于本领域的普通技术人员而言， 可以根据具体 情况理解上述术语的具体含义。

下面参照图 1和图 2描述根据本发明实施例的测量装置。 如图 1和图 2所示， 根据 本发明实施例的测量装置包括位置速度传感器 4、 电涡流传感器 1和控制器。

位置速度传感器 4沿纵向 A线性排列成第一位置速度传感器阵列和第二� �置速度传感 器阵列（图 1中的上下两个位置速度传感器阵列）， 所述第一位置速度传感器阵列和第二位 置速度传感器阵列分别具有多个位置速度传感 器 4。

所述第一位置速度传感器阵列和第二位置速度 传感器阵列在横向 B上彼此间隔开， 用 于测量硅片 1的平移速度和旋转速度。

根据本发明实施例的测量装置， 所述第一位置速度传感器阵列和第二位置速度 传感器 阵列在横向 B上的间隔距离没有特别限制， 可以根据具体应用调整所述第一位置速度传感 器阵列和第二位置速度传感器阵列在横向 B上的间隔距离。

所述第一位置速度传感器阵列中的位置速度传 感器 4在横向 B上分别与所述第二位置 速度传感器阵列中的位置速度传感器 4——对应。 具体地说， 所述第一位置速度传感器阵 列中的左侧第一个位置速度传感器 4与所述第二位置速度传感器阵列中的左侧第� �个位置 速度传感器 4在横向 B上对应， 所述第一位置速度传感器阵列中的左侧第二个 位置速度传 感器 4与所述第二位置速度传感器阵列中的左侧第� �个位置速度传感器 4在横向 B上对应， 以此类推， 直至所述第一位置速度传感器阵列和所述第二 位置速度传感器阵列中的最后一 个位置速度传感器（图 1中的最右侧位置速度传感器）在横向 B上对应。

电涡流传感器 1位于所述第一位置速度传感器阵列与所述第� �位置速度传感器阵列之 间的垂直于横向 B的对称平面内， 如图 1所示， 电涡流传感器 2在水平面上的投影位于所 述第一位置速度传感器阵列与所述第二位置速 度传感器阵列在水平面上的投影之间的纵向 对称中心线 L上。 硅片 1从电涡流传感器 2的下方经过， 从而完成对硅片 1上的预定点处 的膜厚度的测量。 控制器（未示出）分别与位置速度传感器 4和电涡流传感器 1相连用于 根据位置速度传感器 3和电涡流传感器 1的检测信号控制膜厚度的测量。

如图 1和图 2所示， 在利用根据本发明实施例的测量装置测量硅片 1的膜厚度时， 硅 片 1 的圆心沿所述第一位置速度传感器阵列和所述 第二位置速度传感器阵列的纵向对称中 心线 L的方向（图 1中的空心箭头所指的方向和图 2中的实心箭头所指的方向）匀速平移， 且硅片 1在匀速平移的同时匀速旋转。 当硅片 1平移至图 1中的位置时， 第一位置速度传 感器阵列和第二位置速度传感器阵列的最左侧 的两个位置速度传感器 4检测到硅片 1后， 停止硅片 1的平移运动。 此时最左侧的两个位置速度传感器 4在硅片 1上的投影位于硅片 1的圆周上， 通过最左侧的两个位置速度传感器 4依次检测到硅片 1的硅片缺口 11的时间 间隔和最左侧的两个位置速度传感器 4与硅片 1的圆心连线的夹角可以计算出硅片 1的匀 速旋转速度。 然后硅片 1继续匀速移动， 并通过同一位置速度传感器阵列中的相邻两个 位 置速度传感器 4依次检测到硅片 1的时间间隔和所述相邻两个位置速度传感器 4的距离计 算得到硅片 1的匀速移动速度。 根据硅片 1的匀速移动速度和匀速旋转速度可以计算得� � 电涡流传感器 2所测量的硅片 1上的点的轨迹和位置。

根据本发明实施例的测量装置通过电涡流传感 器 1测量硅片 1的膜厚度， 通过位置速 度传感器 4实时检测硅片 1的速度和位置，精确地定位电涡流电感器 1所测量的点的位置， 控制器分别从电涡流传感器 1和位置速度传感器 4接收硅片 1的膜厚度检测信号、 位置检 测信号和速度检测信号以形成闭环控制。 控制器通过硅片 1 的匀速平移速度、 匀速旋转速 度和硅片 1的直径大小可以精确地计算出电涡流传感器 2所测量的点的轨迹和位置， 被测 量的点的轨迹为螺旋线。 通过调节硅片 1 的匀速平移速度和匀速旋转速度， 电涡流传感器 2可以测量到硅片 1上大部分点的膜厚度， 从而实现硅片 1全局膜厚的精确测量， 换言之， 根据本发明实施例的测量装置可以测量整个硅 片 1上的膜厚度。

在本发明的一些实施例中，测量装置还包括测 距传感器 3 ,测距传感器 3设置在电涡流 传感器 1周围且与所述控制器相连， 从而将检测信号反馈给所述控制器。 测距传感器 3用 于测量电涡流传感器 1与硅片 1的距离， 测距传感器 3与电涡流传感器 1之间的距离可以 预先设定。 例如， 测距传感器 3与硅片 1之间的距离加上或减去测距传感器 3与电涡流传 感器 1之间的距离就是电涡流传感器 1与硅片 1之间的距离。 控制器利用测距传感器 3的 检测信号对涡流传感器 2的检测信号进行校正。

在本发明的一个示例中， 测距传感器 3的底面与电涡流传感器 1的底面在同一水平面 内， 换言之， 测距传感器 3与电涡流传感器 1之间的距离为零。 这样， 测距传感器 3测量 到的值就是电涡流传感器 2与硅片 1之间的距离。 在本发明的一个具体示例中， 测距传感 器 3为超声测距传感器、 激光测距传感器或者红外线测距传感器。

在本发明的一个示例中， 电涡流传感器 1在竖向 C上成对设置， 且所述电涡流传感器 对的相邻的磁极相反， 即在竖向 C上的上电涡流传感器 1和下电涡流传感器 1的相邻的磁 极相反， 测距传感器 3设置在上电涡流传感器 2的周围。 在测量时， 硅片 1从上电涡流传 感器 1和下电涡流传感器 1之间经过。 上电涡流传感器 1和下电涡流传感器 1以相邻磁极 相反的方式设置可以增强磁性， 从而增强电涡流传感器 2的检测信号的强度。 在本发明的 一个具体示例中， 电涡流传感器 1可以是已知的电涡流传感器。

在本发明的一个实施例中， 电涡流传感器 1 与所述第一位置速度传感器阵列和第二位 置速度传感器阵列中的两个近端位置速度传感 器 4在水平面内的投影位于同一圆周上， 所 述圆周的大小与硅片 1 的圆周的大小可以相同。 其中， 所述近端是指在利用根据本发明实 施例的测量装置对硅片 1 的膜厚度进行测量时， 所述第一位置速度传感器阵列和第二位置 速度传感器阵列的先接近硅片 1的端部（在图 1和图 1中的左端）。 在测量时， 硅片 1水平 设置， 因此电涡流传感器 2和两个近端位置速度传感器 4在水平面内的投影可以位于硅片 1 的圆周上。 在实际测量时， 通常根据待测硅片 1 的圆周的大小来确定所述第一位置速度 传感器阵列和第二位置速度传感器阵列之间的 距离、 以及电涡流传感器 2的位置， 从而使 电涡流传感器 1和两个近端位置速度传感器 4在水平面内的投影位于待测硅片 1的圆周上， 这样更容易确定硅片 1的测量起始位置。

在本发明的一个示例中， 电涡流传感器 2、 测距传感器 3、 所述第一位置速度传感器阵 列和第二位置速度传感器阵列彼此平行且处于 同一水平面内， 由此， 使得测量更加方便。

在本发明的一些实施例中， 如图 2所示， 位置速度传感器 4可以为接近开关， 所述接 近开关包括在竖向 C上彼此相对且间隔开设置的信号发生元件和� �号接收元件， 即所述信 号发生元件和信号接收元件处于不同的水平面 内。 所述信号发生元件和信号接收元件相配 合用于测量硅片 1 的旋转速度。 在本发明的一个具体示例中， 所述接近开关可以为光电接 近开关。

在本发明的一个示例中， 所述测量装置还包括支架 5 , 位置速度传感器 4、 测距传感器 3和电涡流传感器 1分别安装在支架 5上。 这样可以使位置速度传感器 4、 测距传感器 3和 电涡流传感器 1处于稳定的状态， 从而避免在测量过程中上述传感器因颤动或移 动影响测 量结果的准确性， 并且通过支架 5的加工， 就可以保证安装精度， 从而保证测量精度。

在本发明的一个示例中， 所述第一位置速度传感器阵列和第二位置速度 传感器阵列彼 此平行且处于同一水平面内， 电涡流传感器 1在竖向 C上同时设置在所述第一位置速度传 感器阵列和第二位置速度传感器阵列的纵向对 称中心线的正上方和正下方以形成电涡流传 感器对， 所述电涡流传感器对的相邻的磁极相反， 测距传感器 3设置在所述电涡流传感器 对中的上电涡流传感器 2的周围， 且测距传感器 3的底面与上电涡流传感器 1的底面在同 一水平面内。 电涡流传感器 1与所述第一位置速度传感器阵列和第二位置� �度传感器阵列 中的两个近端位置速度传感器 4在水平面内的投影位于同一圆周上。 电涡流传感器 2、 测 距传感器 3和位置速度传感器 4可以分别安装在支架 5上。

下面描述利用根据本发明实施例的测量装置测 量硅片 1的膜厚度的过程。

如图 1和图 2所示， 在利用根据本发明实施例的测量装置测量硅片 1的膜厚度时， 硅 片 1 的圆心沿所述第一位置速度传感器阵列和所述 第二位置速度传感器阵列的纵向对称中 心线 L的方向（图 1中的空心箭头所指的方向和图 2中的实心箭头所指的方向）匀速平移， 且硅片 1在匀速平移的同时匀速旋转。 硅片 1的硅片缺口 11作为膜厚度测量的起始点。 当 硅片 1平移至图 1中的位置时， 在所述第一位置速度传感器阵列和第二位置速 度传感器阵 列的最左侧 （近端） 的两个位置速度传感器 4检测到硅片 1后， 停止硅片 1的平移运动。 然后利用最左侧的两个位置速度传感器 4检测硅片 1的硅片缺口 11 , 在硅片 1的旋转过程 中， 硅片缺口 11依次经过上述两个位置速度传感器 4 , 从而检测到硅片缺口 11 ,由此得到 硅片的旋转速度。

硅片 1的旋转速度的计算方法为： ω = Θ/Τ, 其中， ω为硅片 1旋转速度， Θ为所述第 一位置速度传感器阵列和第二位置速度传感器 阵列的最左侧两个位置速度传感器 4与硅片 1的圆心连线的夹角， Τ为最左侧两个位置速度传感器 4依次检测到硅片 1的硅片缺口 11 的时间间隔。 计算出的旋转速度反馈给所述控制器， 用于实时检测和控制硅片 1 的旋转速 度。

当再次检测到硅片缺口 11的 Τ/2时间之后， 开始匀速平移硅片。 因为电涡流传感器 2 在竖向 C上设置在所述第一位置速度传感器阵列和第� �位置速度传感器阵列的纵向对称中 心线 L的正上方， 且电涡流传感器 1与最左侧两个位置速度传感器 4在水平面内的投影位 于硅片 1的圆周上，所以此时电涡流传感器 2正好以硅片 1的硅片缺口 11为起始点测量硅 片 1的膜厚度， 测距传感器 3测量电涡流传感器 1与硅片 1的距离。

硅片 1的平移速度由同一阵列中的相邻两个位置速� �传感器测量得到。

硅片 1的平移速度的计算方法为： = ΙΙΊ' , 其中， V为硅片 1的平移速度， Ζ为同一位 置速度传感器阵列的相邻的位置速度传感器 4的间距， T' 为上述相邻的位置速度传感器 4 依次检测到硅片 1 的间隔时间。 计算出的平移速度反馈给所述控制器， 用于实时检测和控 制硅片 1的平移速度。

当电涡流传感器 1测量到硅片 1的圆心的膜厚度时， 停止硅片 1的平移和旋转运动， 测量结束， 由此， 获得了整个硅片 1上的膜厚度值， 即实现了膜厚的全局测量。 在本说明书的描述中， 参考术语 "一个实施例"、 "一些实施例"、 "示例"、 "具体示 例"、 或 "一些示例" 等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体 特征、 结构、 材料或者 特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中 。 在本说明书中， 对上述术语的示意性表述 不一定指的是相同的实施例或示例。 而且， 描述的具体特征、 结构、 材料或者特点可以在 任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方 式结合。

此外， 术语 "第一，，、 "第二，，仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性。 尽管已经示出和描述了本发明的实施例， 本领域的普通技术人员可以理解： 在不脱离 本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施 例进行多种变化、 修改、 替换和变型， 本发 明的范围由权利要求及其等同物限定。